JP7478021B2 - 制御装置、制御方法、制御システム、および制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、バケットにより堆積物を掴んで運搬するクレーンの制御装置等に関する。

従来から、ごみ焼却設備等の設備においては、クレーンを用いてごみの運搬を行っている。そして、このようなクレーンを自動制御するための技術の開発も従来から進められている。例えば、下記の特許文献１には、クレーンのバケットから荷を排出する際に、バケットの微開動作と微閉動作を繰り返す制御を行い、これにより、荷の落下に伴う衝撃を緩和する技術が開示されている。

特開２００４－１０７０３５号公報

ここで、ごみ焼却設備等の設備においては、クレーンのバケットでごみピット内に堆積されたごみを掴み、ホッパーに投入して焼却炉に送り込む作業を繰り返し行っている。この作業の際に、大量のごみを一度にホッパーに投入してしまうと、ホッパーでブリッジが発生するなどしてごみの送り込みに支障が生じる場合がある。

このような問題の発生を回避するために、例えば特許文献１の技術を適用し、ホッパーにごみを少量ずつ落下させることも考えられるが、この場合、ごみの投入完了までの所要時間（サイクルタイム）が長くなるという問題がある。またこれは、ごみの運搬に限られず、クレーンのバケットで堆積物を運搬する際に共通して生じる問題点である。

本発明の一態様は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、クレーンによる堆積物の運搬におけるサイクルタイムの短縮を実現することができる制御装置等を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る制御装置は、バケットにより堆積物を掴んで運搬するクレーンの制御装置であって、上記堆積物を掴んだ上記バケットの巻き上げを制御する昇降制御部と、上記昇降制御部が上記バケットを所定の高さまで巻き上げるまでの期間内に、上記バケットの巻き上げと並行して、上記バケットの開閉制御を行い、上記バケットが掴んでいる上記堆積物の重量を所定の上限値以下とする開閉制御部と、を備える。

また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る制御方法は、バケットにより堆積物を掴んで運搬するクレーンの制御装置による制御方法であって、上記バケットで上記堆積物を掴んだ後、当該バケットを所定の高さまで巻き上げるまでの期間内に、上記バケットの巻き上げを開始する巻上開始ステップと、上記バケットの巻き上げと並行して、上記バケットの開閉制御を行い、上記バケットが掴んでいる上記堆積物の重量を所定の上限値以下とする重量調整ステップと、を実行する。

本発明の一態様によれば、クレーンによる堆積物の運搬におけるサイクルタイムを短縮することができる。

本発明の一実施形態に係る制御装置の要部構成の一例を示すブロック図である。 上記制御装置を含む制御システムの概要を示す図である。 上記制御装置が、バケットにより掴んだごみの重量を調整する処理（制御方法）の一例を示すフローチャートである。 上記制御装置が実行する係数更新処理の一例を示すフローチャートである。 上記制御装置による重量調整のサイクルタイムを比較例と比較する実験の結果を示す図である。 重量上限値を１．５トンおよび１．４トンとして上記制御装置による重量調整を行った実験の結果を示している。

〔システム概要〕
本発明の一実施形態に係る制御システム１００の概要を図２に基づいて説明する。図２は、制御システム１００の概要を示す図である。制御システム１００には、クレーンの動作制御を行う制御装置１と、制御装置１による動作制御の対象となるクレーン９３が含まれる。また、図２には、クレーン９３を備えたごみ焼却設備の概要についても併せて示している。

図２に示すように、ごみ焼却設備は、収集車Ｐが搬入するごみを一時的に貯留するごみピット９１とごみの焼却炉９２とを含む。ごみピット９１と焼却炉９２はホッパーで接続されており、ごみピット９１内のごみは、ホッパーを通って焼却炉９２に送り込まれ、焼却される。

ごみピット９１の底部はごみの貯留部となっており、収集車Ｐは、搬入用扉から貯留部にごみを落とし込み、このごみが貯留部に貯留される（図示のごみＧ）。また、ごみピット９１の天井部分にはクレーン９３が設けられている。このクレーン９３は、ガーダ９３１、横行台車９３２、ワイヤー９３３、およびバケット９３４を備えている。

ガーダ９３１は、ごみピット９１の建屋の対向する壁面にそれぞれ設けられたレール（同図の奥行き方向に延在）間を架け渡すように配置されており、このレールに沿って同図の奥行き方向に移動させることができるようになっている。また、横行台車９３２は、ガーダ９３１上に設けられており、ガーダ９３１上を同図の左右方向（ガーダ９３１の移動方向と直交する方向）に移動させることができるようになっている。この横行台車９３２には、巻取機（例えばウインチ）が載置されており、巻取機から延びるワイヤー９３３の先端にはごみＧを掴むバケット９３４が設けられている。このバケット９３４は開閉動作を行うことができる。

このように、ガーダ９３１は同図の奥行き方向に移動させることができ、横行台車９３２は同図の左右方向に移動させることができるから、これらの移動の組合せにより、バケット９３４を貯留部内の任意の位置に移動させることができる。また、巻取機からワイヤー９３３を伸ばし、バケット９３４を降下させて、貯留部内のごみＧをバケット９３４で掴み取ることができる。また、バケット９３４とワイヤー９３３との接続部には、図示しない重量計が設けられており、この重量計によりバケット９３４が掴んでいるごみの重量を計測することができるようになっている。そして、掴み取ったごみＧは、ガーダ９３１、横行台車９３２、バケット９３４、および巻取機の動作を制御することにより、貯留部内の別の位置に積み替えたり、ホッパーに投入したりすることができる。

このようなクレーン９３の動作制御は、貯留部内を監視できるように建屋の側壁部に設けられた操作室９４から行うことができる。操作室９４には、制御装置１が配置されている。なお、制御装置１の配置は特に限定されない。例えば、ごみ焼却設備の外部の遠隔監視施設等に制御装置１を配置してもよい。

以上のように、制御システム１００は、制御装置１とその制御に従って動作するクレーン９３とを含む。そして、詳細は後述するが、制御装置１は、堆積物（図２の例ではごみＧ）を掴んだバケット９３４の巻き上げを制御する。そして、制御装置１は、バケット９３４を所定の高さまで巻き上げるまでの期間内に、バケット９３４の巻き上げと並行してバケット９３４の開閉制御を行い、バケット９３４が掴んでいる堆積物の重量を所定の上限値以下とする。なお、以下ではバケット９３４が掴んでいる堆積物の重量を掴み重量と呼ぶ。また、上記所定の上限値を重量上限値と呼ぶ場合がある。

上記の構成によれば、巻き上げと並行してバケット９３４の開閉制御を行うので、バケット９３４を所定の高さまで巻き上げた時点で、バケット９３４の掴み重量を所定の上限以下とすることが可能になる。これにより、バケット９３４を所定の高さまで巻き上げた後にバケット９３４の掴み重量を調整する場合と比べて、堆積物運搬のサイクルタイムを短縮することができる。

なお、以下では、クレーン９３で運搬する堆積物が、ごみピット内に堆積されたごみである例を説明する。ただし、運搬対象はバケット９３４で掴んで移動させることができるものであり、バケット９３４の開閉制御によって掴み重量を調整できるようなものであればよく、ごみに限られない。例えば、運搬対象は、ごみ等を焼却することにより生じた灰や焼却残差、砂礫、あるいは各種製造原料等であってもよい。

〔制御装置の構成〕
制御装置１の構成を図１に基づいて説明する。図１は、制御装置１の要部構成の一例を示すブロック図である。図示のように、制御装置１は、制御装置１の各部を統括して制御する制御部１０と、制御装置１が使用する各種情報を記憶する記憶部２０と、ユーザの指示入力を受け付ける入力部３０と、制御部１０が各種情報を出力するための出力部４０とを備える。また、制御部１０には、クレーン制御部１０１、移動制御部１０２、昇降制御部１０３、開閉制御部１０４、中間目標重量算出部１０５、および係数更新部１０６が含まれている。

クレーン制御部１０１は、クレーン９３の動作を制御する。具体的には、クレーン制御部１０１は、クレーン９３によるごみの掴み位置と、掴んだごみの投下位置とを決定する。そして、クレーン制御部１０１は、移動制御部１０２、昇降制御部１０３、および開閉制御部１０４を制御することにより、クレーン９３に上記掴み位置でごみを掴む動作を行わせ、上記投下位置でごみを投下させる。ごみの掴み位置と投下位置の決定方法は特に限定されず、例えばごみピット内の各位置におけるごみの撹拌状態や堆積高さ等に基づいて決定してもよいし、予め設定されたスケジュールに従って決定してもよい。

移動制御部１０２は、クレーン制御部１０１の制御に従って、ガーダ９３１と横行台車９３２を移動させ、バケット９３４をごみ掴み位置または投下位置の直上に移動させる。

昇降制御部１０３は、クレーン制御部１０１の制御に従ってバケット９３４の巻き上げおよび巻き下ろしを制御し、バケット９３４を昇降させる。また、昇降制御部１０３は、バケット９３４を昇降させる際の昇降速度も制御することができる。本実施形態では、昇降制御部１０３は、６段階（高速巻き上げ、微速巻き上げ、ニュートラル、微速巻き下げ、中速巻き下げ、高速巻き下げ）でバケット９３４を昇降させる例を説明する。なお、巻き上げ速度をニュートラルとした場合、バケット９３４は静止状態となる。無論、昇降速度は５段階以下あるいは７段階以上で切り替えられるようにしてもよいし、段階的ではなく連続的に昇降速度を切り替えられるようにしてもよい。

開閉制御部１０４は、クレーン制御部１０１の制御に従って、バケット９３４の開度を変更する。具体的には、開閉制御部１０４は、昇降制御部がバケット９３４を所定の高さまで巻き上げるまでの期間内に、バケット９３４の巻き上げと並行して、バケット９３４の開閉制御を行い、掴み重量を所定の上限値（重量上限値）以下とする。

なお、重量上限値をどのような値に設定しておくかは特に限定されないが、ホッパーでブリッジ等が生じにくい程度で、かつ、できるだけ大きい値に設定しておくことが好ましい。また、バケットのサイズおよびホッパーのサイズはごみ焼却設備によって異なることも多いため、ごみ焼却設備ごとに重量上限値を設定してもよい。この場合、重量上限値を仮設定して掴み重量を調整し、ホッパーへの投入を行ってブリッジ等の発生の有無を確認するという作業を、重量上限値の仮設定を変更しながら繰り返し行うことによって、妥当な重量上限値を特定してもよい。なお、掴み重量を仮設定した重量上限値以下とする重量調整は制御装置１の制御で行ってもよいし、人が行ってもよい。

また、所定の高さは、移動制御部１０２がバケット９３４を水平移動させる際の高さとして予め設定されている。この所定の高さは、水平移動時にバケット９３４がごみピット内に堆積しているごみ等の障害物に衝突しない程度の高さに設定しておけばよい。

本実施形態では、開閉制御部１０４は、クレーン９３に正の値の開閉指令を送信することによりバケット９３４を開状態とし、負の値の開閉指令を送信することによりバケット９３４を閉状態とする。また、クレーン９３への開閉指令の値をニュートラル（０）にすることにより、バケット９３４の開閉状態を現在の状態に維持する。以下では、バケット９３４を開状態とする指令を開指令、閉状態とする指令を閉指令、ニュートラル状態とする指令をニュートラル指令と呼ぶ。

掴み重量を減らすための開閉制御は、掴み重量を漸減させることができるようなものであればよく、その内容は特に限定されない。例えば、閉指令が送信されている状態であれば、ニュートラル指令、開指令、ニュートラル指令、および閉指令をこの順序で順次送信する制御を上記開閉制御としてもよい。この開閉制御をおこなうことにより、バケット９３４を一時的に開いた状態として掴み重量を減らすことができる。また、開指令の送信期間を調整することにより、掴み重量の減少幅を調整することができる。

また、例えば、開閉制御部１０４は、ニュートラル状態から開指令を複数回連続して送信した後、ニュートラル指令と閉指令を順次送信してもよい。また、開閉制御部１０４は、バケット９３４を閉じる際にも、閉指令を複数回連続して送信してもよい。

また、詳細は後述するが、開閉制御部１０４は、掴み重量が中間目標重量以下となるまで開閉制御を行う処理を、中間目標重量を段階的に引き下げながら複数回行った上で、掴み重量を上限値以下とする。この構成によれば、掴み重量を段階的に減らして、最終的に上限値以下とすることができる。これにより、重量調整時に掴み重量を減らしすぎてしまう可能性を低減して、安定した量のごみを運搬することが可能になる。

本実施形態では、第１中間目標重量と第２中間目標重量という２つの異なる中間目標重量を設定する例を説明する。なお、第１中間目標重量の方が第２中間目標重量よりも大きいものとする。つまり、開閉制御部１０４は、１段階目の重量調整制御では、掴み重量を第１中間目標重量以下とする。また、開閉制御部１０４は、２段階目の重量調整制御では、掴み重量を第２中間目標重量以下とする。そして、開閉制御部１０４は、３段階目の重量調整制御では、掴み重量を上限値以下とする。なお、３段階の重量調整における途中段階で掴み重量が上限値以下となった場合、以降の重量調整は行わない。また、重量調整を何段階で行うかは任意であり、４段階以上で行ってもよいし、２段階または１段階で行ってもよい。

中間目標重量算出部１０５は、上記中間目標重量を算出する。具体的には、中間目標重量算出部１０５は、予め設定された掴み重量の上限値に１より大きい所定の係数を乗じて中間目標重量を算出する。

また、３段階以上の重量調整を行う場合、中間目標重量算出部１０５は、大きさの異なる複数の係数を用いて複数の中間目標重量を算出する。そして、大きい係数を乗じて算出された中間目標重量から順に開閉制御に使用される。これにより、開閉制御部１０４は、中間目標重量の算出に使用する上記係数の値を段階的に引き下げることにより中間目標重量を段階的に引き下げながら、段階的に重量調整を行うことになる。

この構成によれば、設定された重量上限値に所定の係数を乗じた値を中間目標重量とするので、制御装置１のユーザは、所望の重量上限値を設定するだけでよく、複数段階の中間目標重量は自ら設定する必要がない。したがって、上記の構成によれば、ユーザの手間を省きつつ、設定された重量上限値に応じた適切な中間目標重量に基づいてクレーン９３の制御を行うことができる。

２つの中間目標重量を算出する場合、中間目標重量算出部１０５は、１より大きい所定の係数を重量上限値に乗じて第１中間目標重量を算出する。以下、第１中間目標重量の算出に用いる上記係数を係数Ｋ１と呼ぶ。また、所定の係数Ｋ１を重量上限値に乗じて第１中間目標重量を算出する１より大きく係数Ｋ１より小さい所定の係数を重量上限値に乗じて第２中間目標重量を算出する。以下、第２中間目標重量の算出に用いる上記係数を係数Ｋ２と呼ぶ。

例えば、係数Ｋ１を１．２、Ｋ２を１．１とした場合、ユーザが重量上限値を１トンに設定したときには第１中間目標重量が１．２トン、第２中間重量が１．１トンと算出される。また、この場合に、ユーザが重量上限値を１．５トンに設定すると、第１中間目標重量が１．８トン、第２中間重量が１．６５トンと算出される。

係数更新部１０６は、中間目標重量算出部１０５が算出した中間目標重量以下となるまで開閉制御部１０４が繰り返した開閉制御の制御結果に基づいて上述の所定の係数を更新する。係数の更新方法の詳細は後述する。

〔処理の流れ（重量調整処理）〕
図３は、制御装置１が、バケット９３４により掴んだごみの重量を調整する処理（制御方法）の一例を示すフローチャートである。図３の処理は、例えば、クレーン９３によりごみをホッパーに投入する際に実行される。なお、図３の処理が開始される前提として、ごみの掴み位置にバケットが開状態で着床しているとする。また、以下の説明における各種指令の送信先は何れもクレーン９３である。

Ｓ１では、開閉制御部１０４が、バケット９３４の閉指令を送信する。この閉指令によりバケット９３４は閉状態となり、ごみがバケット９３４に掴まれた状態となる。

Ｓ２（巻上開始ステップ）では、昇降制御部１０３がバケット９３４の微速巻き上げ指令を送信する。これによりバケット９３４は堆積しているごみの表面から少し浮いた状態となり、掴み重量が計測可能になる。

Ｓ３では、クレーン制御部１０１が、計測された掴み重量が、予め設定された重量上限値に係数Ｋ１を乗じた値以下となっているか否かを判定する。なお、重量上限値に係数Ｋ１を乗じた値は、上述した第１中間目標重量であり、Ｓ３の処理が行われるまでに中間目標重量算出部１０５が予め算出しておく。ここでＹＥＳと判定された場合にはＳ５に進み、ＮＯと判定された場合にはＳ４に進む。

Ｓ４（重量調整ステップ）では、クレーン制御部１０１は、開閉制御部１０４に重量調整制御を行わせ、その後、処理はＳ３に戻る。つまり、Ｓ３およびＳ４の処理は、Ｓ３でＹＥＳと判定されるまで繰り返し行われる。上述のように、重量調整制御は、掴み重量を漸減させることができるような制御であればよい。

Ｓ５では、クレーン制御部１０１は、掴み重量が、予め設定された重量上限値に係数Ｋ２を乗じた値以下となっているか否かを判定する。ここでＹＥＳと判定された場合にはＳ７に進み、ＮＯと判定された場合にはＳ６に進む。なお、重量上限値に係数Ｋ２を乗じた値は、上述した第２中間目標重量であり、中間目標重量算出部１０５がＳ５の処理が行われるまでに予め算出しておく。

Ｓ６（重量調整ステップ）では、クレーン制御部１０１は、開閉制御部１０４に重量調整制御を行わせ、その後、処理はＳ５に戻る。つまり、Ｓ５およびＳ６は、Ｓ３およびＳ４と同様に、Ｓ５でＹＥＳと判定されるまで繰り返し行われる。

Ｓ６の重量調整制御もＳ４と同様に掴み重量を漸減させることができるように、バケット９３４の開閉制御を含むものであればよい。Ｓ６の処理はＳ４と同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、Ｓ４では微速巻き上げを一時停止した状態で開閉制御を行い、Ｓ６では微速巻き上げ中に開閉制御を行ってもよい。

Ｓ７では、クレーン制御部１０１は、開閉制御部１０４に指示してバケット９３４の閉指令を送信させる。そして、Ｓ８では、クレーン制御部１０１は、バケット９３４が完全に閉じているか否かを判定する。Ｓ８でＹＥＳと判定された場合にはＳ９の処理に進み、Ｓ８でＮＯと判定された場合にはＳ７の処理に戻る。これらの処理により、意図せずバケット９３４からごみが落ちてしまう可能性を低減することができる。

なお、バケット９３４が完全に閉じているか否かの判定方法は任意である。例えば、バケット９３４の開度を測定するセンサを設けておけば、クレーン制御部１０１は、その出力値からバケット９３４が完全に閉じているか否か判定することができる。

Ｓ９では、クレーン制御部１０１は、昇降制御部１０３に指示してバケット９３４を高速で所定の高さまで巻き上げさせて、所定の高さまで巻き上がった時点で巻き上げを停止させる。この制御は、一般に「地切り」と呼ばれる状態、すなわちバケット９３４により掴まれたごみの塊が、堆積しているごみ層から切り離されて、バケット９３４の高速での巻き上げが可能になった状態で行われる制御である。

Ｓ１０では、クレーン制御部１０１は、掴み重量が、予め設定された重量上限値以下となっているか否かを判定する。ここでＹＥＳと判定された場合にはＳ１２に進み、ＮＯと判定された場合にはＳ１１に進む。

Ｓ１１では、クレーン制御部１０１は、開閉制御部１０４に重量調整制御を行わせ、その後、処理はＳ１０に戻る。つまり、Ｓ１１およびＳ１２もＳ３およびＳ４と同様に、Ｓ１０でＹＥＳと判定されるまで繰り返し行われる。

Ｓ１１の重量調整制御もＳ４およびＳ６と同様に掴み重量を漸減させることができるように、バケット９３４の開閉制御を含むものであればよい。ただし、Ｓ１１の段階ではバケット９３４は既に所定の高さまで巻き上げられているので、ここでは更なる巻き上げは行わず、バケット９３４の開閉制御のみで掴み重量を調整する。

Ｓ１２では、クレーン制御部１０１は、掴み重量が、予め設定された重量下限値以上となっているか否かを判定する。ここでＹＥＳと判定された場合には掴み完了となり、ＮＯと判定された場合には掴み失敗となる。

掴み完了となった場合、クレーン制御部１０１は、移動制御部１０２に指示してバケット９３４をホッパーの直上に移動させる。そして、クレーン制御部１０１は、開閉制御部１０４に指示してバケット９３４の開指令を送信させる。これにより、バケット９３４で掴まれていたごみがホッパー内に投下される。

一方、掴み失敗となった場合には、クレーン制御部１０１は、開閉制御部１０４に指示してバケット９３４の開指令を送信させると共に、昇降制御部１０３にバケット９３４の下降指令を送信させ、その後Ｓ１の処理に戻る。なお、掴み失敗となった場合、クレーン制御部１０１は、移動制御部１０２に指示してごみ掴み位置を変更させてもよい。

以上のように、制御装置１による制御方法では、Ｓ１の処理によりバケット９３４でごみが掴まれた後、Ｓ９でバケット９３４を所定の高さまで巻き上げるまでの期間内にバケット９３４の巻き上げを開始する（Ｓ２）。さらに、この制御方法では、バケット９３４の巻き上げと並行して、バケット９３４の開閉制御を行って、バケット９３４が掴んでいるごみの重量を所定の上限値以下とする（Ｓ４、Ｓ６）。

これにより、バケット９３４を所定の高さまで巻き上げた後にバケット９３４が掴んでいるごみの重量を調整する従来技術と比べて、ごみ運搬のサイクルタイムを短縮することができる。

〔地切り判定〕
制御装置１は、地切り状態となったか否かを判定する地切判定部を備えていてもよい。この場合、図３のフローチャートにおけるＳ２の処理の後に地切判定部が地切り状態となったか否かを判定する。そして、地切判定部が地切り状態となったと判定したことを契機としてＳ３の処理に進む。

地切り状態となることにより掴み重量の計測値が正確なものとなるので、地切り状態となったと判定したことを契機としてＳ３の処理に進むようにすることにより、Ｓ３の処理を正確な掴み重量に基づいて行うことができる。これにより、Ｓ３およびそれに続くＳ４の処理の所要時間を短縮することも可能になる。

なお、地切り状態となったか否かを判定する方法は特に限定されない。例えば、制御システム１００に含まれる各種センサ（例えば掴み重量を計測する重量センサ）の出力値に基づいて判定することが可能である。また、例えば、制御システム１００の外部の機器（例えば各種センサや撮影装置）の出力値に基づいて判定することも可能である。例えば、バケット９３４の開度等ごみを掴んでいるバケット９３４を撮影し、その画像を解析することにより地切り状態となったか否かを判定してもよい。この場合、地切り状態となったバケット９３４の外観を撮影した画像を教師データとして構築した判定モデルを用いてもよい。

〔処理の流れ（係数更新処理）〕
係数更新部１０６が実行する係数更新処理の流れを図４に基づいて説明する。図４は、係数更新処理の一例を示すフローチャートである。なお、係数Ｋ１の更新は、係数Ｋ１を用いた重量調整の終了後（図３のＳ３でＹＥＳと判定された後）に行われる。また、係数Ｋ２の更新は、係数Ｋ２を用いた重量調整の終了後（図３のＳ５でＹＥＳと判定された後）に行われる。以下では、係数Ｋ１を更新する例を説明するが、係数Ｋ２の更新も同様の処理である。

Ｓ２１では、係数更新部１０６は、係数Ｋ１を用いた重量調整の終了直後（図３のＳ３でＹＥＳと判定された直後）の掴み重量を特定する。そして、Ｓ２２では、係数更新部１０６は、Ｓ２１で特定した掴み重量が重量上限値以下であるか否かを判定する。Ｓ２２でＹＥＳと判定された場合にはＳ２３の処理に進み、ＮＯと判定された場合にはＳ２４の処理に進む。

Ｓ２３では、係数更新部１０６は、係数Ｋ１を増加させる調整を行い、係数更新処理は終了する。この後、中間目標重量算出部１０５は、図３のＳ３の判定にあたり、上記調整後の係数Ｋ１を用いて中間目標重量を算出することになる。

Ｓ２４では、係数更新部１０６は、係数Ｋ１を減少させる調整を行い、係数更新処理は終了する。この後、中間目標重量算出部１０５は、図３のＳ３の判定にあたり、上記調整後の係数Ｋ１を用いて中間目標重量を算出することになる。

以上のように、係数更新部１０６は、所定の係数（Ｋ１／Ｋ２）を乗じて算出した中間目標重量（第１中間目標重量／第２中間目標重量）以下となるまで繰り返した開閉制御の制御結果に基づいて当該所定の係数を更新する。

開閉制御の制御結果には、その開閉制御に使用した所定の係数の良し悪しが反映されるから、上記の構成によれば、所定の係数をより適切な値に更新することが可能になる。

つまり、掴み重量が重量上限値以下となる（Ｓ２２でＹＥＳ）ということは、中間目標重量を用いた重量調整においては重量を落とし過ぎたことになる。この場合には、係数の値をより大きな値に更新して、その係数を用いて算出した中間目標重量を用いた次回の重量調整では、掴み重量が重量上限値以下になりにくくする。

一方、掴み重量が重量上限値より大きければ（Ｓ２２でＮＯ）、中間目標重量を用いた重量調整においてはさらに重量を落とす余地があったということになる。この場合には、係数の値をより小さな値に更新して、その係数を用いて算出した中間目標重量を用いた次回の重量調整では、掴み重量を重量上限値により近づけて、以後の重量調整がよりスムーズに進行するようにする。

〔係数更新方法の他の例〕
係数更新部１０６は、重量調整のための開閉制御の制御結果に基づいて係数を更新するものであればよく、更新方法は上述の例に限られない。例えば、係数更新部１０６は、ベイズ最適化等の最適化手法により係数を更新してもよい。

ベイズ最適化により係数を更新する場合、上記係数を制御変数とし、該制御変数と制御結果との関係を示す評価関数を規定しておく。制御結果は、例えば、開閉制御後の掴み重量と重量上限値との差や、中間目標重量以下とするための所要時間等とすればよい。

そして、係数更新部１０６は、ガウス過程回帰により上記評価関数の予測分布を算出し、この予測分布において獲得関数が最大となる制御変数を、制御変数の最適値の候補として探索する。この探索で検出された制御変数が、次回の開閉制御に適用される。また、次回の制御結果が得られると、係数更新部１０６は、新たに得られた制御結果をこれまでに得られた制御結果に追加して、ガウス過程回帰により上記評価関数の予測分布を更新する。そして、係数更新部１０６は、更新後の予測分布において獲得関数が最大となる制御変数を、制御変数の最適値の候補として探索する。このような処理を繰り返すことにより、制御変数すなわち係数の最適値を特定することができる。

ただし、ごみピット内のごみは一般的に多種多様なものが混在していてその性状が一定しない。このため、開閉制御の制御結果には、真の評価関数から外れた外れ値が含まれる可能性が少なからずある。そして、開閉制御の制御結果に外れ値が含まれていると、係数の最適値が得られるまでの開閉制御の試行回数が嵩んでしまう。

このため、ベイズ最適化を適用する場合、外れ値が存在しても安定して評価関数の回帰を行うことができるようにするため、ガウス過程回帰における尤度関数として、ガウス分布の代わりにより外れ値に頑健な分布を適用することが好ましい。これにより、性状が一定しないごみの運搬における開閉制御において、適切な係数を少ない試行回数で特定することが可能になる。なお、尤度関数としては、例えばスチューデントのｔ分布を用いればよい。

〔実施例：比較例とのサイクルタイム比較〕
図５は、制御装置１による重量調整のサイクルタイムを比較例と比較する実験の結果を示す図である。図５には、バケット９３４の開度および掴み重量の計測値の遷移を示していると共に、クレーン９３の横行、走行、巻上、および開閉制御の指令値の遷移を示している。

図５に示す実施例および変形例では、巻き上げの指令値が６段階（高速巻き上げ、微速巻き上げ、ニュートラル、微速巻き下げ、中速巻き下げ、高速巻き下げ）である。なお、巻き上げは正の値、ニュートラルは０、巻き下げは負の値で示している。また、開閉制御の指令値は３段階（開：正の値、ニュートラル：０、閉：負の値）である。

比較例では、まず、期間ｐ１において、クレーン９３の横行および走行制御を行い、バケット９３４をごみ掴み位置まで移動させた。そして、その位置でごみのほぐし作業を行った。ほぐし作業とは、掴んだごみを一度持ち上げてその場で投下する作業であり、ホッパーに投入するごみの均質化等を目的としている。なお、ホッパーへのごみの投入を緊急で行う必要がある場合や、投入するごみが既に均質化されているような場合にはほぐし作業は省略される。

次に、期間ｐ２では、ほぐし作業を行ったごみ掴み位置でバケット９３４を降下させて再度ごみを掴み、バケット９３４を微速で巻き上げた。そして、期間ｐ３では、バケット９３４の閉指令とニュートラル指令とを所定時間ずつ繰り返す制御を行った。そして、バケット９３４が完全に閉じた状態となったことが確認できたタイミングでバケット９３４を高速で所定の高さまで巻き上げた（図中白抜き矢印で示す制御）。

その後、期間ｐ４では、掴み重量が重量上限値以下となるまで、掴み重量を確認しながらバケット９３４の開指令と閉指令を繰り返した。図５の例では、９回の繰り返しにより掴み重量を重量上限値以下とすることができた。この後、バケット９３４をホッパーまで移動させた。バケット９３４がホッパーの直上に到達するまでの所要時間（サイクルタイム）は約２２７秒であった。

制御装置１による重量調整においても、期間Ｐ１では上述の比較例と同様のほぐし作業を行った。そして、続く期間Ｐ２においても、上述の比較例と同様に、ほぐし作業を行ったごみ掴み位置にバケット９３４を降下させてごみを掴み、バケット９３４を微速で巻き上げた。ここまでの制御は比較例と同じである。

期間Ｐ３以降の制御は、比較例とは異なっている。具体的には、期間Ｐ３では、巻き上げを停止させると共に、バケット９３４の開指令を送信し、所定時間後に微速で巻き上げを再開させると共に、バケット９３４の閉指令を送信した。このような開閉制御により、開指令の送信後に、バケット９３４の開度が上がり、これに伴って掴み重量が低下した。図５の例では、このような開閉制御を２回繰り返すことにより、掴み重量が第１中間目標重量以下となったので、１段階目の重量調整を終了した。このように巻き上げと開閉制御を交互に行う構成も、巻き上げと開閉制御を並行して行う例の１つである。

なお、図５の例では、１回目の開閉制御よりも２回目の開閉制御の方が、開指令の送信期間が短い。このように、複数回の開閉制御を行う場合、各開閉制御の内容を異ならせてもよい。例えば、図５の例のように、回を増すごとに開指令の送信期間を短くすることにより、掴み重量の減少量を少なくして、掴み重量を減らし過ぎが発生しにくいようにしてもよい。

１段階目の重量調整が終了した後も、微速での巻き上げは継続した。そして、掴み重量を第２中間目標重量以下とするための２段階目の重量調整を行った。図５の例では、微速での巻き上げを継続した状態でバケット９３４の開指令と閉指令を順次送信し、これにより一時的にバケット９３４の開度を上げて、掴み重量を減少させた。そして、図５の例では、この開閉制御により掴み重量が第２中間目標重量以下となったので、２段階目の重量調整を終了した。このように巻き上げ中に開閉制御を行う構成も、巻き上げと開閉制御を並行して行う例の１つである。

その後、バケット９３４を完全に閉じた状態にするために、バケット９３４の閉指令とニュートラル指令とを所定時間ずつ繰り返す制御を行った。そして、バケット９３４が完全に閉じた状態となったことが確認できたタイミングで、バケット９３４の巻き上げ速度を高速に切り替えて高速巻き上げを行った（図中白抜き矢印で示す制御）。

図５の例では、バケット９３４を高速で所定の高さまで巻き上げた時点で、掴み重量が上限値以下となっていたため、その後は重量調整を行わず、バケット９３４をホッパーまで移動させた。バケット９３４がホッパーの直上に到達するまでの所要時間（サイクルタイム）は約１４８秒であった。このように、制御装置１による重量調整では、比較例と比べて約３５％もサイクルタイムを短縮できた。

〔実施例：重量上限値を変更した例〕
図６は、重量上限値を１．５トンおよび１．４トンとして制御装置１による重量調整を行った実験の結果を示す図である。図６には、図５と同様に、バケット９３４の開度およびバケット９３４によるごみの掴み重量の計測値の遷移を示していると共に、クレーン９３の巻上および開閉制御の指令値の遷移を示している。また、図６では、第１および第２中間目標重量と重量上限値についても示している。

重量上限値を１．５トンとした実施例では、バケット９３４でごみを掴んだ後、微速で巻き上げることにより、ごみの重量が正確に計測できる状態となった後の期間Ｐ１０において、１段階目の重量調整を行った。より詳細には、期間Ｐ１０では、バケット９３４の巻き上げを停止させると共に開指令を送信し、その所定時間後に微速で巻き上げを再開させると共に閉指令を送信する、という制御を２回繰り返した。この１段階目の重量調整により、掴み重量は図６に一点鎖線で示す第１中間目標重量以下となった。

期間Ｐ１１では、２段階目の重量調整を行った。より詳細には、期間Ｐ１１では、バケット９３４の微速巻き上げを維持したまま、ニュートラル指令と開指令を順次送信し、その後閉指令を送信した。この２段階目の重量調整により、掴み重量は図６に二点鎖線で示す第２中間目標重量以下となった。

その後、バケット９３４を完全に閉じた状態にするために、ニュートラル指令と閉指令を順次送信する開閉制御を２回繰り返した。そして、バケット９３４が完全に閉じた状態となったことが確認できたタイミングで、バケット９３４の巻き上げ速度を高速に切り替えて高速巻き上げを行った（図中白抜き矢印で示す制御）。

期間Ｐ１２には、高速巻き上げを継続して行い、バケット９３４の高さが所定の高さに達した時点でニュートラル指令を送信してバケット９３４を停止させた。バケット９３４が所定の高さに位置している期間Ｐ１３では、掴み重量を重量上限値以下とするための３段階目の重量調整を行った。より詳細には、期間Ｐ１３では、開指令とニュートラル指令を順次送信した。この３段階目の重量調整により、掴み重量は重量上限値以下となったので、バケット９３４を完全に閉じた状態にするために、ニュートラル指令と閉指令を順次送信し、これによりごみを掴み上げる制御を終了した。

以上のように、重量上限値を１．５トンとして行った実験では、３段階の重量調整により掴み重量を重量上限値以下とすることができた。特に、高速巻き上げ後の３段階目の重量調整は１回の開閉制御のみで終了しており、図５に示した比較例と比べて高速巻き上げ後の開閉制御の実行回数を大幅に減らし、サイクルタイムも短く抑えることができた。また、３段階の重量調整におけるバケット９３４の開閉回数の合計も４回に抑えられており、これは比較例における開閉回数（９回）と比べて著しく少ない。この要因としては、重量調整を段階的に行ったことが考えられる。

重量上限値を１．４トンとした実施例においても、バケット９３４でごみを掴んだ後、微速で巻き上げることにより、ごみの重量が正確に計測できる状態となった後の期間Ｐ２０において、１段階目の重量調整を行った。期間Ｐ２０では、バケット９３４の巻き上げを停止させると共に開指令を送信し、その所定時間後に微速で巻き上げを再開させると共に閉指令を送信する、という制御を１回行った。この１段階目の重量調整により、掴み重量は第１中間目標重量以下となった。

期間Ｐ２１では、２段階目の重量調整を行った。より詳細には、期間Ｐ２１では、バケット９３４の微速巻き上げを維持したまま、ニュートラル指令と開指令を順次送信し、その後閉指令を送信した。この２段階目の重量調整により、掴み重量は第２中間目標重量以下となった。

その後、バケット９３４を完全に閉じた状態にするために、ニュートラル指令と閉指令を順次送信する開閉制御を２回繰り返した。そして、バケット９３４が完全に閉じた状態となったことが確認できたタイミングで、バケット９３４の巻き上げ速度を高速に切り替えて高速巻き上げを行った（図中白抜き矢印で示す制御）。

期間Ｐ２２には、高速巻き上げを継続して行い、バケット９３４の高さが所定の高さに達した時点でニュートラル指令を送信してバケット９３４を停止させた。バケット９３４が所定の高さに位置している期間Ｐ２３では、掴み重量を重量上限値以下とするための３段階目の重量調整を行った。

より詳細には、期間Ｐ２３では、まずニュートラル状態から開指令とニュートラル指令を順次送信した。そして、この開閉制御では掴み重量は重量上限値以下とならなかったため、閉指令を送信してバケット９３４を完全に閉じた状態とした上で、ニュートラル指令、開指令、ニュートラル指令、そして閉指令をこの順序で順次送信した。この開閉制御を２回繰り返すことにより、掴み重量は重量上限値以下となったので、バケット９３４を完全に閉じた状態にするために、ニュートラル指令と閉指令を順次送信し、これによりごみを掴み上げる制御を終了した。

以上のように、重量上限値を１．４トンとして行った実験においても、３段階の重量調整により掴み重量を重量上限値以下とすることができた。高速巻き上げ後に行った３段階目の重量調整では、重量上限値を１．５トンとした場合よりも多い３回の開閉制御が必要となったが、図５に示した比較例と比べると開閉制御の実行回数の合計は十分に少なくなっており、サイクルタイムも短く抑えることができた。

また、図示していないが、重量上限値を０．８～１．３トンとした実験も行った。これらの実験においても、図５に示した比較例と比べると開閉制御の実行回数の合計は十分に少なくなっており、サイクルタイムも短く抑えることができた。

〔変形例〕
上記実施形態で説明した各処理の主体は適宜変更することができる。例えば、図３の処理は制御装置１に実行させ、図４の処理は他の装置に実行させる構成としてもよい。この場合、制御装置１は、他の装置で調整された係数を用いて中間目標重量を算出する。

また、上記実施形態では、ごみ焼却設備の天井に設けられたクレーン９３の制御を行う例を説明したが、制御装置１の制御対象のクレーンは天井に設けられたものに限られない。例えば、ジブクレーンや橋形クレーンなどの制御に制御装置１を適用することもできる。

〔ソフトウェアによる実現例〕
制御装置１の制御ブロック（特に制御部１０に含まれる各部）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、制御装置１は、各機能を実現するソフトウェアである制御プログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記制御プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記制御プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記制御プログラムは、該制御プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや電波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記制御プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 制御装置
１０３ 昇降制御部
１０４ 開閉制御部
１０６ 係数更新部
９３ クレーン
９３４ バケット

Claims (7)

1. バケットにより堆積物を掴んで運搬するクレーンの制御装置であって、
   上記堆積物を掴んだ上記バケットの巻き上げを制御する昇降制御部と、
   上記バケットが掴んでいる上記堆積物の重量と所定の上限値との比較結果に基づき、上記昇降制御部が上記バケットを所定の高さまで巻き上げるまでの期間内に、上記バケットの巻き上げと並行して、上記バケットの開度を一時的に上げる制御を含む上記バケットの開閉制御を行い、上記堆積物が上記バケットに掴まれた状態で上記バケットが掴んでいる上記堆積物の重量を漸減させて上記上限値以下とする開閉制御部と、を備え、
   上記上限値は、上記バケットの掴み重量の上限値である、制御装置。
2. 上記開閉制御部は、上記バケットが掴んでいる上記堆積物の重量が中間目標重量以下となるまで上記開閉制御を行う処理を、上記中間目標重量を段階的に引き下げながら複数回行った上で、上記バケットが掴んでいる上記堆積物の重量を上記上限値以下とする、請求項１に記載の制御装置。
3. 上記開閉制御部は、設定された上記上限値に１より大きい所定の係数を乗じた値を上記中間目標重量とし、該中間目標重量の算出に使用する上記所定の係数の値を段階的に引き下げることにより上記中間目標重量を段階的に引き下げる、請求項２に記載の制御装置。
4. 上記所定の係数を乗じて算出した上記中間目標重量以下となるまで行った上記開閉制御の制御結果に基づいて当該所定の係数を更新する係数更新部を備える、請求項３に記載の制御装置。
5. バケットにより堆積物を掴んで運搬するクレーンの制御装置による制御方法であって、
   上記バケットで上記堆積物を掴んだ後、当該バケットを所定の高さまで巻き上げるまでの期間内に、
   上記バケットの巻き上げを開始する巻上開始ステップと、
   上記バケットが掴んでいる上記堆積物の重量と所定の上限値との比較結果に基づき、上記バケットの巻き上げと並行して、上記バケットの開度を一時的に上げる制御を含む上記バケットの開閉制御を行い、上記堆積物が上記バケットに掴まれた状態で上記バケットが掴んでいる上記堆積物の重量を漸減させて上記上限値以下とする重量調整ステップと、を実行し、
   上記上限値は、上記バケットの掴み重量の上限値である、制御方法。
6. 請求項１から４の何れか１項に記載の制御装置と、
   上記制御装置の制御に従って動作するクレーンと、を含むクレーンの制御システム。
7. 請求項１に記載の制御装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラムであって、上記昇降制御部および上記開閉制御部としてコンピュータを機能させるための制御プログラム。

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